miR-103调控成熟胰岛β细胞数量和功能的机制研究

Diabetes mellitus characterized as insufficient insulin secretion from pancreatic β cells and (or) peripheral insulin resistance, is one of the most common chronic metabolic diseases. The incidence of diabetes mellitus has increased in the past few decades. Growing evidence have demonstrated that miRNAs had emerged in the regulations of pancreatic β cells morphology and functions in the development of diabetes mellitus. Insights into the roles of miRNAs in development and disease have made miRNAs attractive tools and targets for novel therapeutic approaches. High fat diet (HFD) mouse, which displayed mild hyperglycemia and β cells dysfunctions, was a suitable model that was usually utilized to investigate the pancreatic β cells. Compared with normal chow diet induced mice, miR-103 was unregulated in the islets of HFD mice. We hypothesized that miR-103 probably had involved in the dysfunctions or morphology alteration of mature β cells in the development of HFD associated T2DM. In attempt to address the pathophysiological role of miR-103 in mature β cells in vivo, we have generated two novel transgenic mice using the Cre/LoxP system and Tet-On system for conditional gene targeting and flexible doxycycline-dependent gene expression in pancreatic β cells. We will focus on observing the glucose metabolism phenotype of the transgenic mice and analyzing the mechanism of miR-103 regulating functions of pancreatic mature β cells in vitro and in vivo. Then, explore a new approach of miRNA therapeutics to diabetes. Furthermore, we will analysis the expression level of miR-103 in serum of patients with diabetes mellitus, and reveal its clinical significance in the diagnosis of diabetes mellitus. Our study can provide new insights into the molecular mechanisms of β cells dysfunctions in the development of diabetes mellitus, and suggest that approaches to target miR-103 will potentially be a novel therapeutic strategy to treat diabetes mellitus.

近年的研究显示microRNAs(miRNAs)参与了糖尿病发生发展的多个重要环节，在疾病的诊断和治疗上显示出极大的应用前景。目前系统探讨关键miRNAs对胰岛β细胞的功能以及糖代谢作用的研究还尚有限。我们发现miR-103在HFD小鼠胰岛中表达显著上调，细胞实验显示miR-103影响胰岛素的转录水平，推测miR-103可能在HFD小鼠胰岛形态或功能改变中发挥重要作用。因此，我们基于Cre/loxP和Tet-On系统构建了小鼠Ins1启动子驱动的β细胞特异性敲除或过表达miR-103的转基因小鼠模型，重点阐明miR-103对糖代谢和胰岛β细胞的调控作用以及相关的分子机制，探索miRNAs靶向治疗的方法。分析miR-103在糖尿病患者血清中的表达水平，揭示其在糖尿病诊断中的临床意义。此研究不仅能揭示新的miRNAs调控胰岛β细胞功能的重要机制，还将为糖尿病治疗的干预靶点提供新的思路。

糖尿病是以胰岛素分泌不足和（或）胰岛素抵抗为主要特征的一种慢性代谢性疾病，随着社会经济的发展以及居民生活水平的提高，糖尿病的患病率也在逐年上升。最新调查研究显示中国成人糖尿病的患病率已高达11.6%。糖尿病发生发展的主要环节之一是胰岛β细胞的功能缺陷，因此，国际上寻找糖尿病的发病机制和药物治疗靶点的研究仍聚焦在胰岛 β 细胞上。 在发现 microRNA（miRNA）后的二十多年里，miRNA 的生物学研究领域已经大大扩展，miRNA 类似物和抑制剂（antimiR）在临床前发展中显示出极大的应用前景。系统分析关键miRNAs 在胰岛 β 细胞中参与包括胰岛素合成、分泌以及胰岛 β 细胞发育、增殖和凋亡等过程中的重要作用，以及对糖代谢的调控机制，为糖尿病的临床治疗提供新的诊断技术和治疗靶点，是糖尿病研究领域中亟待开拓的重要科学问题。本项目利用Tet-On系统构建了小鼠Ins1启动子驱动的β 细胞特异性过表达模型小鼠，结合高脂饮食，阐述了miR-103在转基因小鼠糖代谢调节过程中的作用。研究发现高脂饮食（HFD）小鼠的胰岛β细胞miR-103表达显著上调。成熟胰岛β细胞特异性过表达 miR-103小鼠出现糖耐量受损的表型，主要是由于胰岛素合成和分泌降低所致。证实了Dicer1是miR-103直接作用的靶基因，miR-103可通过靶向调节Dicer1的表达，抑制胰岛素转录活性，从而调节胰岛素的合成和分泌等成熟胰岛β细胞的功能。本研究丰富了对关键 miRNA在成熟胰岛β细胞中的功能及作用机制的认识，在一定程度上解释了高脂饮食在T2DM 的发生发展过程中的作用，关于miR-103在成熟胰岛 β 细胞中的作用的全面的研究和认识为糖尿病发病机制和治疗提供一个新的思路和靶点。